WCDMA核心网容灾技术分析

关于WCDMA核心网容灾技术分析
摘要:下文简述wcdma核心网引入控制和承载分离的软交换架构和大容量少局所的建网思路后容灾技术的必要性，并对网络上使用的核心网三种容灾技术分析，指出在实际组网时，根据网络的实际情况采用合理的容灾方案，可以保障网络的安全稳定高效。

关键词：wcdma核心网软交换容灾负荷分担双归属根据wcdma核心网结构中，r4阶段引入了控制和承载分离的软交换架构，将传统2g网络中的msc分离成msc server和mgw(媒体网关)，其中msc server负责信令处理、路由和业务，mgw负责媒体流处理。

由于msc server和mgw之间只是ip上承载的信令，占用的带宽非常少，因此，两者之间可以经济地拉远放置。

mscserver 可集中设置在中心城市；mgw由于容量及处理能力的大幅提高，按照集中化原则，也可集中设置。

这样，整个r4核心网的建设思路是“大容量，少局所”，一个msc server控制多个mgw，组成一个“大本地网”。

基于移动软交换架构的wcdma核心网，其集中设置的msc server或mgw将成为网络和设备安全的重要隐患，以前普遍采用的单板备份方式显然已经很难满足容灾要求。

因此，有必要在建网时考虑msc server或mgw的整机容灾备份方案，以预防网元单点故障而引起大面积网络瘫痪的情况发生。

一、容灾技术分类
1、从r4以后的核心网软交换架构可以看出，其单点故障在于：1）msc server失效，导致msc server覆盖区域的网络不可用；
2）mgw失效，导致mgw覆盖区域的网络不可用。

2、针对上述故障点，相应的安全容灾方案主要有三种：
1）在msc server层面，实施双归属方案。

建设mscserver容灾备份中心，一个mgw划分成两个虚拟的mgw，同时接入两个msc server，一个主用，一个备用。

当主用msc server发生故障后，mgw重新注册到备用msc server，继续原来的事务。

2）在msc server层面，实施msc pool组网方案，在iu接口引入了iu－flex技术。

一个rnc可以同时接入多个msc server，msc server间负荷分担，多个mscserver组成一个“server池”，共同控制几个位置区。

当一个msc server发生故障时，rnc可以将故障mscserver的事务转发给其他msc server处理。

iu-flex技术是r5阶段引入的容灾技术。

图1 n+1双归属容灾组网
图2 msc pool组网示意图
3）在mgw层面，实施mgw负荷分担技术。

一个rnc同时接入多个mgw，mgw之间负荷分担，当一个mgw发生故障时，其rnc的负荷由其他mgw承担，rnc的业务处理不影响。

二、容灾技术比较
1、双归属容灾方案
双归属(dual homing)，是指在3gpp r4版本(或以上版本)的组网架构下，一个mgw从属于两个msc server的组网模式。

在正常情况下，每个mgw只注册到主用msc server上，当该主用msc server
发生故障时，mgw可以注册到另一个备用msc server上，继续为此mgw下管理的用户提供业务。

常见的主要有1+1主备、1+1互助、v+1主备、n+1互助四种组网方案，其原理基本类似，互助组网就是一方面作为其他mscserver的备份局，另一方面自身也承载其他业务，我们以n+1主备为例介绍其原理，图1是n+1的双归属容灾组网图。

双归属主要就是将容灾msc server从逻辑上划分为n+1个server。

并通过server索引进行标识，其中servero固定表示本节点，其它虚拟server分别做为其它“n”个server的容灾系统。

在正常情况下容灾mscserver处于非激活态(deactwe)，主用server 完成所有的业务功能，当某个主用server出现故障时其下带的所有mgw重新注册到容灾server上，容灾局激活业务数据接管后续的业务。

图1中msc server1、msc server2和msc server3工作于n+1备份方式(n=2)，其中msc server3是msc server1和msc server2的备份server。

在正常情况下，msc server3不处理话务，当msc server1或msc server2其中任一方发生故障后相应的业务数据会在msc server3上激活，mscserver3接管其后续的话务，接管业务需要一定的时间。

msc server双归属方式源自于固定软交换，有一定的工程实施经验，只需在核心网网络配置上做相应修改即可。

2、msc pooi容灾方案
msc pool技术是基于3gpp ts 23.236“intra-domain connection
of radio access network(ran)nodes to multiple core network(cn)nodes”，简称为iu－flex(wcdma)，定义了核心网控制节点以池组方式工作的机制，打破了以往rnc与msc server之间一对一的控制关系。

其实质是多个msc server共同服务于相同的服务区，每个rnc都与池中的每个mscserver建立连接，按一定的负荷均衡原则将用户按比例分配在msc server。

移动用户只要在不超出此mscpool的池区内移动，无需进行跨msc的切换，且一直注册在同一个msc server。

当msc池中的某个或某几个节点发生故障时。

无线侧的接入请求(位置更新／呼叫等)被均衡分发给池中仍然正常工作的核心网节点，提高了网络的服务性能。

msc pool组网图如图2所示：现在网络上应用的主要是mgw代理的iu-flex组网方式，即rnc与mgw一一对应，mgw与多个mscserver相连。

在正常情况下，用户的位置更新请求可以被mgw分发给池内任意的msc server，池内的每个msc server都处于服务状态。

当新用户进入到mscpool的覆盖区域时，mgw就会按照负载均衡等原则将用户的位置更新请求随机地分配给池组中的某一个mscserver，保持池中每个msc server的负荷大致相当。

同时，这个msc server完成位置更新过程并给用户分配一个tmsi，这个tmsi里面携带了“网络资源标志”(nri)字段，用来标识为这个用户服务的msc server节点编号，表明用户已经注册到池中的msc server上。

当用户在msc pool的服务区域内移动时，将一直由mscserver为其服务，直到它离开msc pool的服务区域。

在这期间，用户如果有业务请求，系
统将根据请求消息中所带的tmsi中的nri信息，将话务分配到对应的msc server进行处理。

在这种工作模式下，一个区域池中多个msc server节点可以看作是一个大容量的msc，它所提供的服务范围与单个核心网节点提供的服务区相比扩大了许多，可以减少msc间的更新、切换和重定位，降低归属位置寄存器(hlr)更新流量。

在msc pool的组网方式中，rnc仅和池中的一个mgw相连，rnc 透传用户请求至mgw，由mgw选择核心网节点，rnc同时接入多个msc server。

msc server之间是负荷分担关系，一个msc server 的故障不会影响用户的服务。

msc server之间的切换是不需要时间的。

对于用户密集的大城市，如果存在多个mscserver，且在设备支持的情况下，建议采用msc pool来实现网络安全容灾解决方案。

因为它不仅能解决网络安全问题，而且还会引入其他组网优势，如会使单个server覆盖更为广阔的区域，从整体上降低设备的用户和话务波动性，避免话务潮汐出现，提高设备的利用率等。

3、mgw负荷分担
在r4系统的iu接口侧，通常一个rnc连接一个mgw。

mgw负荷分担技术主要是通过mgw互备方式来解决mgw的单点故障问题。

形成负荷分担关系的mgw组成mgw资源池(mgw pool)，并由一个msc server控制。

当某一个mgw发生故障时。

非故障的mgw将承担两个mgw的话务，因此在网络规划时要预留一定的冗余资源。

三、总结
上述三种方案比较，msc pool和双归属实现了msc server级的容灾，mgw负荷分担实现的是mgw级的容灾。

这三种方案并不是孤立的，mgw的负荷分担和msc server容灾技术任意一种结合就可以实现核心网的全容灾，在组网规划时需要综合考虑各种因素采用合理的容灾方式。